Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.17 MB, 182 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐỨC TRUNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HĨA NGHIÊN CỨU Q TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

Hà Nội - 2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:1. PGS. TS. CHU DIỆU HƯƠNG2. TS. ĐÀO ANH TUẤN

Hà Nội - 2024

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án: "Ứng dụng mơ hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống" là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các thí nghiệm được tiến hành một

cách nghiêm túc và khoa học trong quá trình nghiên cứu. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án trung thực, khách quan và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu của tác giả khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

PGS. TS. Chu Diệu Hương TS. Đào AnhTuấn

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS. TS. Chu Diệu Hương và Tiến sĩ Đào Anh Tuấn, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cùng tơi trong q trình thực hiện luận án.Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Ban đào tạo, Khoa Công nghệ Dệt may - Da giầy và Thời trang Trường Vật Liệu - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi có thể hồn thành luận án.

Tơi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần - Viện Nghiên cứu Dệt May cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên để tôi được tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc xin được gửi đến Khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Nhà máy sợi Vinatex Nam Định, Công tyTNHH Công nghệ cao Skymap đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tơi thực hiện luận án.

Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn xin được gửi tới Gia đình tơi, những người thân u nhất đã cùng chia sẻ, gánh vác cơng vệc để tơi u tâm hồn thành luận án.

Trong q trình thực hiện luận án, khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, tơi rấtmong nhận được góp ý của các thầy cơ, đồng nghiệp và các nhà khoa học để luận án được hoàn thiện hơn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

Trần Đức Trung

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI...2

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU...3

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN...3

4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN...4

5. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN...4

6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN...5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU...6

1.1. Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...6

1.1.1. Khái quát về các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...6

1.1.2. Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa...7

1.1.2.1. Độ nhỏ và độ không đều...7

1.1.2.2. Độ bền kéo, độ giãn và các đặc trưng xoắn...9

1.1.2.3. Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai...12

1.1.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng sợi...15

1.1.3. Các đặc trưng chất lượng quấn búp sợi và ý nghĩa...16

1.1.3.1. Khối lượng, đường kính quấn và chiều dài sợi trên búp sợi...16

1.1.3.2. Mật độ quấn búp sợi...17

1.1.3.3. Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác...18

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...20

1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi sau quấn ống ...20

1.2.1.1. Ảnh hưởng của q trình quấn ống...20

1.2.1.2. Ảnh hưởng của thơng số cơng nghệ quấn ống...22

1.2.2. Các đặc yếu tố ảnh hưởng đến mật độ quấn búp sợi...24

1.2.2.1. Góc chéo các vịng sợi và đường kính búp sợi...24

1.2.2.2. Sức căng, độ nhỏ của sợi, lực ép của búp lên ống khía ...26

1.2.2.3. Ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố...29

1.3. Ứng dụng mơ hình hóa và mơ phỏng để nghiên cứu quấn ống...30

1.3.1. Khái niệm về mơ hình hóa và mơ phỏng...30

1.3.2. Ứng dụng mơ hình hóa...32

1.3.3. Ứng dụng mơ phỏng ...36

1.4. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi, dệt....39

1.4.1. Khái niệm về trí tuệ nhân tạo, học máy...39

1.4.2. Nơ ron sinh học và mạng nơ ron nhân tạo...40

1.4.2.1. Nơ ron sinh học...40

1.4.2.2. Mạng nơ ron nhân tạo...41

1.4.3. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo ...42

Kết luận chương 1 và phát biểu vấn đề nghiên cứu...48

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...50

2.1. Nội dung nghiên cứu...50

2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...50

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu...50

2.2.2. Phạm vi nghiên cứu...52

2.3. Phương pháp nghiên cứu...52

2.3.1. Nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế...52

2.3.2. Xây dựng mô hình quấn ống...53

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

2.3.3. Phương pháp thực nghiệm kiểm tra lực ép của búp sợi lên ống khía ...54

2.3.4. Phương pháp thử nghiệm xác định một số đặc trưng CLSP sợi quấn ống...58

2.3.4.1. Thiết kế sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống...58

...2.3.4.2. Phương pháp xác định độ không đều, khuyết tật và độ xù lông của sợi trước/sau quấn ống...58

...2.3.4.3. Phương pháp xác định độ bền, độ giãn, độ xoắn, độ nhỏ và trạng thái bề mặt sợi trước/sau quấn ống...62

2.3.4.4. Phương pháp xác định độ cứng và mật độ quấn búp sợi...64

2.3.5. Áp dụng qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2...66

2.3.5.1. Cơ sở để áp dụng ...66

2.3.5.2. Các bước thực hiện ...67

2.3.5.3. Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu...71

2.3.6. Áp dụng mạng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống...71

2.3.6.1. Lựa chọn cấu trúc mạng ANN...71

2.3.6.2. Huấn luyện mạng ANN...72

2.3.6.3. Tính sai số truyền ngược...74

2.3.6.4. Cập nhật trọng số...75

2.3.6.5. Mẫu học và mẫu kiểm tra...76

2.3.6.6. Đánh giá kết quả dự báo...76

Kết luận chương 2...76

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN...78

3.1. Kết quả nghiên cứu xây dựng mơ hình quấn ống, xác định và kiểm tra thơng số của mơ hình...78

3.1.1. Nghiên cứu xây dựng mơ hình quấn ống...78

3.1.2. Xác định và điều chỉnh vận tốc quấn ống...80

3.1.3. Xác định và điều chỉnh lực ép của búp sợi lên ống khía...82

3.1.3.1. Thiết lập phương trình tính lực ép...82

3.1.3.2. Xác định lực ép khi mơ men cân bằng lực ép Mv = 0...85

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

3.1.3.3. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv ≠ 0...85

3.1.4. Kiểm tra thông số của mơ hình ...90

3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi quấn ống...92

3.2.1. Xác định ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến chất lượng sợi...92

3.2.1.1. Xác định và phân tích hình ảnh bề mặt sợi...92

3.2.1.2. Xác định sự thay đổi chất lượng sợi sau so với trước quấn ống...95

3.2.2. Xác định ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ đến CLSP sợi...102

3.2.2.1. Ma trận thí nghiệm ...102

3.2.2.2. Thiết lập các phương trình hồi qui...105

3.2.2.3. Kiểm tra sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm...106

3.2.2.4. Phân tích ảnh hưởng của thơng số công nghệ đến CLSP sợi ...107

3.2.2.5. Xác định một số thông số công nghệ tối ưu...114

3.2.2.6. Xác định mối liên quan giữa mật độ quấn và độ cứng búp sợi...117

3.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mạng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống trên cơ sở thông số công nghệ...119

3.3.1. Thiết kế cấu trúc mạng ANN...119

3.3.2. Mẫu học, tham số và phần mềm dự báo CLSP sợi...120

3.3.3. Kết quả dự báo CLSP sợi...121

3.3.4. Đánh giá kết quả dự báo CLSP sợi của mạng ANN...128

3.3.5. Kiểm tra khả năng dự báo CLSP sợi của mạng ANN...130

Kết luận chương 3...133

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN...135

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...138

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN...139

TÀI LIỆU THAM KHẢO...140PHỤ LỤC

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

U: Độ không đều khối lượng của sợi (%)V, Vq/Z1: Tốc độ quấn ống (m/phút)

N/Z2 Tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ sức căng (cN)Z3: Khoảng cách gữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi (cm)F/Z4 : Lực ép của búp sợi lên ống khía (N)

U: Mức tăng độ khơng đều (%)H: Mức tăng độ xù lông (%)Y: Mật độ quấn búp sợi (g/cm3)

R2: Hệ số xác định mối liên quan giữa kết quả dự báo và thực nghiệm (Coefficient of Determination)

K: Độ xoắn của sợi (xoắn/m)

Các chữ viết tắt

ANN: Mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Networks)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

AI: Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence)

ASTM: Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu hoa kỳ (American Society for testing and Materials)

CCD: Thiết bị tích điện kép (Change Coupled Device)CLSP: Chất lượng sản phẩm

CLS: Chất lượng sợi

CVCD: Sợi chải thô (60% bông, 40% polyester)CVCM: Sợi chải kỹ (60% bông, 40% polyester)COCM: Sợi chải kỹ 100% bông

HHQ: Hàm hồi quy

IPI: Chỉ số khuyết tật (Imperfection Index)

ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (International Organization for Standardization)MAE: Sai số trung bình tuyệt đối (Mean Absolute Error)

MSE: Sai số trung bình bình phương (Mean Square Error)MTM: Mơ hình tốn (Mathematical Model)

MLP: Mạng MLP (Multilayer Perceptron)QHTN: Qui hoạch thực nghiệm

STM: Mơ hình thống kê (Statistical Model)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Bảng 1.1. Nghiên cứu dự báo CLSP sợi, dệt bằng ANN gần đây...47

Bảng 2.1. Giá trị trung tâm và khoảng biến đổi của các thông số công nghệ...65

Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm (k = 4; n0 =1)...66

Bảng 3.1. Kết quả tính tốn Z1, n0, nM, fM...82

Bảng 3.2. Các thơng số của cơ cấu cân bằng lực ép cần cho 25 phương án thí nghiệm...89

Bảng 3.3. Kết quả xác định áp lực và lực ép bằng thực nghiệm...90

Bảng 3.4. Vận tốc quấn ống xác định bằng thực nghiệm Z1t, tính toán Z1 và sự chênh lệch ΔZ của các giá trị vận tốcZ của các giá trị vận tốc...91

Bảng 3.5. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD...91

Bảng 3.6. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM...92

Bảng 3.7. Chất lượng sợi sau quấn ống thay đổi theo vận tốc quấn ống Vq...95

Bảng 3.8. Mức tăng các thông số chất lượng sợi sau quấn ống so với trước quấn ống...101

Bảng 3.9. Kết quả xác định mức thay đổi độ không đều ∆ui(%) của ba loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...103

Bảng 3.10. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông ∆hi(%) của ba loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...104

Bảng 3.11. Kết quả xác định mật độ quấn yi của búp sợi khi quấn ống ba loại sợi (Ne 31/1CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...104

Bảng 3.12. Các phương trình hồi quy của ∆U%, ∆H% và Y của 3 loại sợi...105

Bảng 3.13. Mức thay đổi độ xù lông khi tốc độ quấn ống x1 (Z1) thay đổi...108

Bảng 3.14. Mức thay đổi độ xù lông khi tải trọng x2 (Z2) thay đổi...109

Bảng 3.15. Kết quả tính mật độ quấn búp sợi Y (g/cm3) khi vận tốc quấn ống x1 (Z1) thay đổi...111

Bảng 3.16. Kết quả tính mật độ quấn búp sợi Y(g/cm3) khi tải trọng x2 (Z2) thay đổi. . .111

Bảng 3.17. Kết quả xác định P0 và η khi vận tốc quấn ống thay đổi đối với 3 loại sợi....115

Bảng 3.18. Kết quả xác định thông số quấn ống tối ưu để đạt được mức tăng độ xù lông nhỏ nhất...116

Bảng 3.19. Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt được mức tăng độ không đều nhỏ nhất ...116

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Bảng 3.20. Kết quả xác định thông số công nghệ tối ưu để đạt yêu cầu về mật độ quấn

Bảng 3.25. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 31/1 CVCD bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.26. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 30/1 CVCM bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.27. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 30/1 COCM bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.28. Các phương án kiểm tra mạng ANN...130

Bảng 3.29. Tổng hợp kết quả kiểm tra mạng ANN với các phương án kiểm tra...131

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ CLSP sợi quấn ống...6

Hình 1.2. Khối lượng sợi thay đổi theo chiều dài sợi...7

Hình 1.3. Mối liên quan giữa độ xoắn K(α) và độ bền P) và độ bền Pđ...11

Hình 1.4. Quan hệ giữa độ xoắn K và mơmen xoắn Mx...12

Hình 1.5. Sợi xù lơng...13

Hình 1.6. Độ xù lông của sợi thay đổi theo chiều dài sợi...13

Hình 1.7. Biểu đồ quang phổ của độ xù lơng...14

Hình 1.8. Lỗi khuyết tật sợi...15

Hình 1.9. Sức căng sợi khi tháo từ búp sợi thay đổi theo bán kính và chiều cao búp sợi...16

Hình 1.10. Nguyên lý quấn búp sợi máy ống tự động Autoconer...21

Hình 1.11. Vận tốc quấn ống Vq ảnh hưởng đến độ đứt sợi P...22

Hình 1.12. Độ đứt sợi phụ thuộc vào vận tốc quấn ống...23

Hình 1.13. Vận tốc quấn ống ảnh hưởng đến độ xù lơng H và SH...24

Hình 1.14. Ảnh hưởng của góc chéo 2β đến mật độ quấn ρ của búp sợi...25

Hình 1.15. Ảnh hưởng của góc chéo 2β đến mật độ quấn ρ theo R.Zeller...25

Hình 1.16. Ảnh hưởng của sức căng sợi T đến mật độ quấn búp sợi ρ...26

Hình 1.17. Sức căng sợi ảnh hưởng đến mật độ quấn...26

Hình 1.18. Ảnh hưởng của độ nhỏ T (tex) và sức căng sợi T(N) đến ρ của búp sợi...27

Hình 1.19. Ảnh hưởng của lực ép đến mật độ quấn búp sợi...28

Hình 1.20. Ảnh hưởng của sức căng sợi và lực ép đến mật độ quấn của búp sợi...28

Hình 1.21. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống V, đường kính búp sợi Dc, góc cơn α) và đợ bền P của búp sợi đến mật độ quấn ρ của búp sợi...29

Hình 1.22. Hiện tượng bậc thang của búp sợi quấn chéo...32

Hình 1.23. Sơ đồ ngun lý mơ hình quấn ống Non-stop...32

Hình 1.24. Sơ đồ ngun lý mơ hình quấn ống của P. Banda, G. Durur...33

Hình 1.25. Mơ hình quấn ống để đo sức căng sợi...34

Hình 1.26. Sơ đồ ngun lý mơ hình quấn ống của Rafael Beltran...34

Hình 1.27. Mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát không có tín hiệu phản hồi...36

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hình 1.28. Mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát có tín hiệu phản hồi. .36

Hình 1.29. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển sức căng sợi...37

Hình 1.30. Sơ đồ nguyên lý điều khiển sức căng sợi tổng qt...38

Hình 1.31. Mơ hình mơ phỏng ngun lý điều khiển sức căng sợi...38

Hình 1.32. Mơ hình mơ phỏng quá trình tháo sợi từ búp sợi trụ...38

Hình 1.33. Sơ đồ cấu trúc nơ ron sinh học...40

Hình 1.34. Mơ hình mạng MLP với một lớp ẩn (a) và hai lớp ẩn (b)...42

Hình 1.35. Mạng ANN dự báo độ khơng đều và độ bền của sợi PES/Co...43

Hình 1.36. Sơ đồ mạng ANN dự báo độ bền sợi con...43

Hình 1.37. Sơ đồ mạng ANN dự báo độ xù lơng của sợi PES/Visco...44

Hình 1.38. Máy Uster Fabricscan...46

Hình 2.1. Ống sợi con...51

Hình 2.2. Búp sợi cơn...51

Hình 2.3. Mơ hình một đơn vị quấn ống...53

Hình 2.4. Phim đo áp lực của FUJIFILM...54

Hình 2.5. Cách đặt phim A và C để đo áp lực...55

Hình 2.6. Các biểu đồ tham chiếu khi sử dụng phim 4LW...56

Hình 2.7. Các biểu đồ tham chiếu khi sử dụng phim 5LW...57

Hình 2.8. Sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống...58

Hình 2.9. Máy Uster Tester 5...59

Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý đo độ không đều trên máy Uster Tester 5...60

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý đo khuyết tật sợi trên máy Uster Tester 5...61

Hình 2.12. Ngun lí đo độ xù lơng trên máy Uster Tester 5...62

Hình 2.13. Máy Uster Tensorapid 3...62

Hình 2.14. Thiết bị đo độ xoắn SDL của hãng Shirley...63

Hình 2.15. Guồng sợi Salo...63

Hình 2.16. Cân phân tích điện tử Mettler AE 240...63

Hình 2.17. Kính hiển vi quang học Leica...64

Hình 2.18. Thiết bị đo độ cứng HP.5...64

Hình 2.19. Búp sợi cơn...65

Hình 2.20. Sơ đồ giải thuật lan truyền ngược lỗi...72

Hình 3.1. Nguyên lý đơn vị quấn sợi của mơ hình quấn ống mới...78

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 3.2. Sơ đồ truyền động cho búp sợi...80

Hình 3.3. Phân tích lực tác dụng lên các chi tiết của mơ hình quấn ống...82

Hình 3.4. Xác định khoảng cách xr...83

Hình 3.5. Xác định góc α) và đợ bền Pr...84

Hình 3.6. Hình ảnh trạng thái bề mặt sợi trước và sau quấn ống...93

Hình 3.7. Biểu đồ khối lượng của các mẫu sợi trước và sau quấn ống...94

Hình 3.8. Chất lượng sợi Ne 31/1 CVCD sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O)... 96

Hình 3.9. Chất lượng sợi Ne 30/1 CVCM sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O)... 97

Hình 3.10. Chất lượng sợi 30/1 COCM sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O)... 97

Hình 3.11. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ khơng đều U%...99

Hình 3.12. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ốngđến hệ số biến sai CV%...99

Hình 3.13. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...99

Hình 3.14. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...99

Hình 3.15. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ khơng đều U%...100

Hình 3.16. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ốngđến hệ số biến sai CV%...100

Hình 3.17. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...100

Hình 3.18. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...100

Hình 3.19. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ khơng đều U%...100

Hình 3.20. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến hệ số biến sai CV%...100

Hình 3.21. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...101

Hình 3.22. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...101

Hình 3.23. Mối quan hệ giữa mức thay đổi độ xù lông, vận tốc, tải trọng, khoảng cách (Sợi Ne 31/1 CVCD)...110

Hình 3.24. Mối quan hệ giữa mức thay đổi độ xù lông, vận tốc, tải trọng, khoảng cách (Sợi Ne 30/1 CVCM)...110

Hình 3.25. Mối quan hệ giữa mức thay đổi độ xù lông, vận tốc, tải trọng, khoảng cách (Sợi Ne 30/1 COCM)...110

Hình 3.26. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến mật độ quấn búp sợi...112

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Hình 3.27. Ảnh hưởng của tải trọng trên đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng đến mật độ quấn búp sợi...112Hình 3.28. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và tải trọng (Ne 31/1 CVCD)...113Hình 3.29. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và khoảng cách (Ne 31/1 CVCD)...113Hình 3.30. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và tải trọng (Ne 30/1 CVCM)...114Hình 3.31. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và khoảng cách (Ne 30/1 CVCM)...114Hình 3.32. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và tải trọng (Ne 30/1 COCM)...114Hình 3.33. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và khoảng cách (Ne 30/1 COCM)...114Hình 3.34. Mối quan hệ giữa độ cứng và mật độ quấn...118Hình 3.35. Cấu trúc mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống...119Hình 3.36. Dự báo mức tăng độ khơng đều của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thực nghiệm...122Hình 3.37. Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thựcnghiệm...123Hình 3.38. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1CVCD bằng ANN so với thực nghiệm. 123Hình 3.39. Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm...125Hình 3.40. Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm...125Hình 3.41. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm....126Hình 3.42. Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm...127Hình 3.43. Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm...128Hình 3.44. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm...128Hình 3.45. Đồ thị kiểm tra dự báo độ khơng đều sợi Ne 31/1 CVCD...132

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 3.46. Đồ thị kiểm tra dự báo độ xù lông sợi Ne 31/1 CVCD...132

Hình 3.47. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1 CVCD...132

Hình 3.48. Đồ thị kiểm tra dự báo độ không đều sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.49. Đồ thị kiểm tra dự báo độ xù lơng sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.50. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.51. Đồ thị kiểm tra dự báo độ không đều sợi 30/1 COCM...133

Hình 3.52. Đồ thị kiểm tra dự báo độ xù lơng sợi 30/1 COCM...133

Hình 3.53. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi 30/1 COCM...133

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

MỞ ĐẦU

Dệt may Việt Nam có vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế bởi lẽ, ngành tạođược nhiều việc làm cho người lao động (khoảng 3 triệu người đang làm việc trongngành Dệt May, chiếm 22,7% lao động cơng nghiệp tồn quốc). Hơn nữa, trong nhữngnăm gần đây, mặc dù ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 nhưng Dệt May vẫn luôn ở tốpđầu trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước, xuất khẩu qua các năm 2021, 2022,2023 của ngành Dệt May là 39 tỷ; 44,0 tỷ USD, 40,3 tỷ USD.

Với vai trò vị trí quan trọng của ngành Dệt May, ngành đang được chính phủquan tâm để phát triển trở thành một ngành kinh tế trọng điểm, mũi nhọn của đất nước.Để đạt được mục tiêu này, ngành đã, đang triển khai đồng bộ nhiều giải pháp: Đổi mớitổ chức quản lý, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, đổi mới công nghệ và thiết bị…trong đó, giải pháp đổi mới cơng nghệ và thiết bị ở tất cả các khâu để tăng năng suấtlao động, nâng cao chất lượng sản phẩm (CLSP) và sử dụng ít nhân cơng là rất quantrọng. Đáng chú ý là, sản phẩm sợi của Việt Nam đã có thương hiệu trên thị trườngquốc tế mặc dù sức cạnh tranh của sản phẩm sợi còn hạn chế. Năm 2021 được xem làmột năm thắng lợi của ngành sợi Việt Nam khi có sự tăng trưởng đột biến cả về khốilượng và kim ngạch xuất khẩu trong đó, xuất khẩu sang thị trường Trung Quốc chiếmkhoảng 55 ÷ 70% tùy từng giai đoạn. Trong những năm tới, Trung Quốc, Mỹ và cácnước nhập khẩu sợi trên thế giới sẽ không chú trọng vào tăng trưởng về khối lượng màtập trung vào phát triển chất lượng để tạo ra giá trị gia tăng cao của sản phẩm dệt.

Hiện nay, sản phẩm sợi của Việt Nam vẫn đang được sản xuất theo công nghệtruyền thống (công nghệ nồi, cọc) là chủ yếu, có ưu điểm là đa dạng về chủng loại, phùhợp với nhiều loại nguyên liệu, dải chi số ra rộng nên đang đáp ứng được một phần nhucầu của thị trường sợi. Tuy vậy, do sản phẩm của công nghệ truyền thống lại là các ốngsợi con có khối lượng nhỏ nên bắt buộc phải qua công nghệ quấn ống để tạo thành cácbúp sợi có khối lượng lớn mới có thể gia cơng tiếp ở các cơng đoạn trong nhà máy dệt.Tuy nhiên, quá trình quấn ống cũng ảnh hưởng (tích cực và tiêu cực) đến CLSP sợi. Đểnâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm sợi, việc nghiên cứu các giải pháp tìm ra được cácthơng số công nghệ tối ưu ở công đoạn quấn ống để nâng cao CLSP sợi, ứng dụng trí tuệnhân tạo để dự báo CLSP sợi trước khi sản xuất nhằm giảm chi phí sản xuất và địnhhướng sử dụng sản phẩm sợi ở các công đoạn sau quấn ống là các vấn đề thời sự đangđược các doanh nghiệp sản xuất sợi quan tâm.

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

So với công nghệ kéo sợi mới (OE Roto, OE ma sát, kéo sợi dịng khí) cơngnghệ kéo sợi truyền thống (nồi, cọc) có một số ưu điểm vượt trội như sau: thích hợpvới nhiều loại nguyên liệu xơ dệt, dải chi số sợi ra rộng (Nm 16 ÷ Nm 200), mặthàng sợi đa dạng, cấu trúc sợi chặt chẽ, độ xốp thấp... nên vẫn đang được sử dụngphổ biến để sản xuất các mặt hàng sợi dệt vải may mặc, vải chuyên dùng và cả vải kỹ

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

thuật. Tuy vậy, điểm hạn chế của của công nghệ kéo sợi nồi, cọc là các ống sợi concó khối lượng nhỏ (khoảng 100g) với chiều dài sợi khoảng 2000 ÷ 2500 m (tùy theochi số sợi) [1] nên chúng phải qua công đoạn quấn ống để tạo thành các búp sợi phùhợp với các công đoạn tiếp theo.

Quấn ống là công đoạn cuối cùng của công nghệ kéo sợi nhưng lại là công đoạnđầu tiên và quan trọng nhất của cơng nghệ chuẩn bị dệt, có nhiệm vụ quấn được cácbúp sợi (quấn chéo) thích hợp về hình dạng, kích thước và khối lượng (thường từ 1,5 ÷3 kg)... cho các công đoạn sau quấn ống là mắc sợi, quấn suốt, đậu sợi, dệt thoi, dệtkim hoặc nhuộm búp sợi. Đồng thời, trong quá trình quấn ống, các khuyết tật (điểmmảnh, điểm dày, kết tạp) do kéo sợi để lại cũng sẽ được loại trừ bởi bộ phận làm sạch(cắt lọc) sợi tạo điều kiện nâng cao chất lượng các bán thành phẩm và năng suất thiếtbị ở các công đoạn sau quấn ống [2, 3].

Chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống được hiểu là chất lượng sợi quấn trênbúp sợi và chất lượng quấn búp sợi. CLSP sợi quấn ống chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố vềnguyên liệu cấp cho máy ống, công nghệ và thiết bị quấn ống. Đáng chú ý là các yếu tốnhư độ nhỏ của sợi quấn trên ống sợi con, vận tốc quấn ống, ba lông sợi (khoảng cáchgiữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi giảm ba lông), tải trọng đặt vào các đĩa ma sát bộ điềutiết sức căng sợi, lực ép của búp sợi lên ống khía, góc chéo của các vịng sợi quấn trên búpsợi và một số yếu tố khác là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sức căng sợi và ảnh hưởnggián tiếp đến CLSP sợi quấn ống [4, 5]. Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của từngyếu tố công nghệ đến CLSP sợi quấn ống như: Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độđứt sợi và năng suất máy ống, ảnh hưởng của lực ép búp sợi lên ống khía đến mật độ quấnbúp sợi, ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ không đều, độ xù lông của sợi sau quấnống... Các nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố công nghệ quan trọng đếnCLSP sợi quấn ống còn chưa được đề cập đầy đủ. Vì vậy, khi áp dụng các kết quả nghiêncứu đã nêu vào thực tế gặp nhiều khó khăn và đôi khi không thể thực hiện được.

Hiện nay, các máy ống tự động hiện đại vận tốc cao (đến 1500 m/phút, 2200m/phút) [6, 7] đã được nhập vào các doanh nghiệp, hiệu quả sử dụng các thiết bị này cònchưa được như mong muốn. Nguyên nhân chủ yếu là do các nhà cung cấp thiết bị íthoặc khơng chuyển giao các bí quyết cơng nghệ mà họ đã đạt được. Để có cơ sở khoahọc đề ra các giải pháp nâng cao CLSP sợi quấn ống cần nghiên cứu mối liên hệ giữacác yếu tố công nghệ quấn ống và CLSP sợi quấn ống, tìm ra các điều kiện tối ưu để đạtđược CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu hoặc dự báo được CLSP sợi quấn ống trước khitriển khai sản xuất. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao CLSP sợi, giảm chi phísản xuất và định hướng sử dụng có hiệu quả sản phẩm sợi ở các công đoạn sau quấn

ống. Để đạt được mục tiêu này, thực hiện đề tài "Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

q trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống" trong

điều kiện hiện nay là rất cần thiết.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xây dựng được mơ hình quấn ống để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thôngsố công nghệ đến chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống.

- Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩmsợi quấn ống.

- Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấnống trên cơ sở một số thông số công nghệ.

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

- Đã áp dụng phương pháp mơ hình hóa, đề xuất mơ hình quấn ống là mơ hìnhvật lý tương tự tạo cơ sở khoa học thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thờicủa 4 thông số công nghệ quan trọng (Vận tốc quấn ống, tải trọng đặt vào đĩa ma sátcủa bộ điều tiết sức căng, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi và lực épcủa búp sợi lên ống khía) đến 3 đặc trưng chất lượng (mức thay đổi độ không đều,mức thay đổi độ xù lông của sợi và mật độ quấn búp sợi) của sản phẩm sợi quấn ống.

- Các mơ hình tốn đã xác lập thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệvà 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống là cơ sở khoa học để xác định các thông số tối ưunhằm đạt được mức CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu.

- Đã áp dụng thành công mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báo CLSP sợi quấnống trên cơ sở đầu vào là 4 thông số công nghệ quấn ống. Kết quả dự báo đã được sosánh với phương pháp dự báo bằng các hàm hồi qui (HHQ) cho thấy, phương pháp dựbáo bằng ANN đạt độ tin cậy và chính xác cao hơn dự báo bằng các HHQ.

- Luận án là một tài liệu khoa học góp phần làm phong phú lý thuyết về quấnống, tạo cơ sở để phát triển các nghiên cứu tiếp theo tính tốn, thiết kế, chế tạo mộtthiết bị tự động điều khiển 4 thông số công nghệ nhằm đạt được mức CLSP sợi quấnống theo yêu cầu.

4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Nghiên cứu quá trình quấn ống bằng phương pháp mơ hình hóa đã giảm đượcgiá thành và thời gian nghiên cứu, việc nghiên cứu không gây nguy hiểm cho người vàthiết bị, không ảnh hưởng đến sản xuất và phù hợp trong điều kiện Việt Nam.

- Việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ đã đề cập đếnCLSP sợi quấn ống có ý nghĩa thực tiễn bởi, đây là 4 thơng số cơng nghệ quan trọng,có thể kiểm tra và điều chỉnh được khi chất lượng sợi cấp cho máy ống hoặc yêu cầuvề CLSP sợi quấn ống thay đổi.

- Phương pháp dự báo CLSP sợi quấn ống bằng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) trướckhi sản xuất bảo đảm đạt độ tin cậy và chính xác cao, góp phần giảm chi phí sản xuất vàđịnh hướng sử dụng có hiệu quả sản phẩm sợi quấn ống ở các công đoạn sau quấn ống.

- Luận án là tài liệu tham khảo bổ ích cho các Viện nghiên cứu, trường Đại họccó đào tạo chuyên ngành sợi, dệt, doanh nghiệp đang sử dụng các máy ống có cơ sở đểđề ra các biện pháp nâng cao CLSP sợi quấn ống đáp ứng yêu cầu thị trường sợi chấtlượng cao trong điều kiện hiện nay.

5. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Mơ hình quấn ống đã phát triển thuộc loại mơ hình vật lý tương tự, trong đó cócơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía. Đây là điểm mới so với các mơ hìnhquấn ống trước đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thờicủa 4 thông số quấn ống quan trọng (trong đó có thơng số lực ép của búp sợi lên ốngkhía) đến CLSP sợi quấn ống.

- Đã xác lập được các mơ hình tốn thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số côngnghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống, chỉ ra được thông số vận tốc quấn ống ảnhhưởng lớn nhất đến CLSP sợi khi quấn ống 3 loại sợi Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1CVCM, Ne 30/1 COCM.

- Lần đầu tiên ở Việt Nam áp dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báoCLSP sợi quấn ống. Kết quả dự báo đã được so sánh với phương pháp dự báo truyềnthống bằng các mơ hình tốn (HHQ) cho thấy, dự báo bằng ANN bảo đảm độ tin cậyvà chính xác cao hơn dự báo bằng HHQ.

6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Luận án gồm 3 chương chính:Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 2: Nội dung, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứuChương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Kết luận, hướng nghiên cứu tiếp theo, tài liệu tham khảo, phụ lục

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU1.1. Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

1.1.1. Khái quát về các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

Như đã đề cập, quấn ống là công đoạn cuối cùng của dây chuyền kéo sợi (quantrọng nhất của cơng nghệ chuẩn bị dệt) có nhiệm vụ quấn được các búp sợi đáp ứngcác yêu cầu về khối lượng, hình dạng, kích thước... cho các cơng đoạn tiếp theo củaquá trình sản xuất vải. Đồng thời, trong quá trình quấn ống, một số khuyết tật do kéosợi để lại vượt quá giới hạn cho phép cũng sẽ được loại trừ, thay vào đó là các mối nốicó kích thước nhỏ, đủ độ bền để sợi có thể đi qua các công đoạn sau quấn ống. Sảnphẩm sợi quấn ống có rất nhiều tính chất, nhưng chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấnống khơng bao gồm mọi tính chất của sản phẩm mà chỉ gồm những tính chất làm chosản phẩm sợi quấn ống thỏa mãn nhu cầu nhất định phù hợp với công dụng xác định[8, 9]. CLSP sợi quấn ống gồm chất lượng sợi và chất lượng quấn búp sợi (hình 1.1).

Hình 1.1. Sơ đồ khái quát về CLSP sợi quấn ống

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CLSP sợi quấn không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bán thành phẩm ở các cơngđoạn sau quấn ống mà cịn ảnh hưởng đến năng suất thiết bị, năng suất lao động ở cáccơng đoạn này. Vì vậy, cần nhận thức được ý nghĩa các đặc trưng CLSP sợi quấn ống.

1.1.2. Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa

1.1.2.1. Độ nhỏ và độ không đều

Độ nhỏ (độ mảnh) của sợi thể hiện mối quan hệ giữa khối lượng G và chiều dài

sợi L, nó được thể hiện bởi các thơng số: chi số mét Nm (chi số quốc tế), chi số AnhNe), chuẩn số Tt, D. Mối quan hệ giữa các thông số này như sau: Nm = L/G (m/g), Nm= 1,693Ne (Ne là chi số Anh cho sợi bông), Tt = (1000/Nm) (tex), D = 9Tt (den) [10].

Chi số Nm (Ne) và Tt được sử dụng cho sợi kéo từ xơ ngắn (spun yarn) như xơ bông(cotton), polyester (PES), T/C… Chi số càng cao, sợi càng mảnh. Chuẩn số D được sửdụng chủ yếu cho sợi kéo từ xơ dài (filament) như tơ tằm, sợi tổng hợp, sợi có chuẩn số Tt,D càng nhỏ, sợi càng mảnh. Ngồi các thơng số về độ nhỏ đã nêu, hai thông số: Hệ sốkhông đều theo chi số HN và độ lệch tương đối của chi số ΔZ của các giá trị vận tốcN [10, 11] cũng được sử dụngđể đánh giá độ không đều về độ nhỏ của sợi. Có nhiều phương pháp để xác định chi sốsợi, phương pháp con sợi là thông dụng nhất [12, 13]. Hiện nay, chi số sợi còn được đo tựđộng trên các máy Uster Tester thế hệ mới bằng phương pháp phân tích trọng lượng, kếtquả đo đạt độ chính xác cao. Cần lưu ý rằng, không được so sánh độ nhỏ của các loại xơ,sợi không cùng nguyên liệu với nhau bởi chúng còn phụ thuộc vào khối lượng riêng.

Độ khơng đều là sự thay đổi về một số tính chất nào đó của bán thành phẩm và sợi.

Nguyên nhân gây nên độ không đều rất phức tạp (do nguyên liệu và cơng nghệ kéo sợi làchủ yếu), vì vậy không triệt tiêu được độ không đều, chỉ giảm và hạn chế nó phát sinh. Cónhiều dạng độ khơng đều trong đó, độ khơng đều theo khối lượng đoạn dài nhất địnhcủa sợi là rất quan trọng bởi vì, nó ảnh hưởng lớn đến tính đều đặn của mặt vải. Đốivới vải dệt thoi, sợi to nhỏ không đều nhau sẽ thể hiện rất rõ trên bề mặt vải, làm xấumặt vải. Riêng vải dệt kim, ngoài việc làm xấu mặt vải, độ khơng đều của sợi cịn gâyđứt sợi nhiều, thậm chí gây gãy kim dệt trong q trình dệt.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 1.2. Khối lượng sợi thay đổi theo chiều dài sợi

Trên cơ sở phân tích sự thay đổi khối lượng theo chiều dài sợi (hình 1.2), độkhơng đều U của sợi được tính theo cơng thức (1.1) [14]:

dl: Đoạn thẳng vi phân

m(l): Giá trị khối lượng đoạn dài của sợi tại thời điểm xét

m : Giá trị khối lượng trung bình của sợi có chiều dài L

a, A: Các diện tích được giới hạn trên đồ thị (hình 1.2)Hệ số biến sai CV(%) được xác định theo cơng thức:

(1.2)

Ngồi các đặc trưng đã nêu, độ không đều của sợi bông và sợi từ xơ tổng hợpcịn được đánh giá bởi các đặc trưng: Độ khơng đều lý thuyết và chỉ số độ không đềuvới giả thiết sự phân bố xơ trong thiết diện sợi theo luật Poisson [15]:

(1.3)

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Trong đó:

n : Số xơ trung bình trong thiết diện ngang của sợi

CVtt: Độ không đều thực tế đo được (%)

CVlt: Độ không đều lý thuyết (hệ số biến sai hay độ không đều giới hạn về bề dày)Trường hợp lý tưởng: I = 1, trong thực tế I > 1 (với độ không đều được thử trênmáy Uster, sợi con 20 tex kéo từ xơ bông sẽ đều khi I = 2; trung bình khi I = 2,5;khơng đều khi I = 3 trở lên). Số xơ trung bình trong thiết diện sợi càng nhiều, chỉsố I càng tăng do đó, khi so sánh chỉ số I, sợi phải có cùng chi số. Để so sánh độkhông đều của sợi không cùng chi số phải dùng hệ số Hubecti K x. Hệ số

1.1.2.2. Độ bền kéo, độ giãn và các đặc trưng xoắn

Độ bền kéo, độ giãn

Ở các công đoạn gia công sợi sau quấn ống, sợi thường gặp nhiều nhất là chịu tácdụng của lực kéo. Để đánh giá khả năng chịu kéo của sợi, các đặc trưng sau đây cầnđược kiểm tra [15, 16]:

- Độ bền kéo đứt tuyệt đối Pđ (cN) là lực kéo tại thời điểm đứt của mẫu thử. Độbền kéo của sợi càng cao, tỷ lệ đứt sợi ở các công đoạn sau quấn ống càng giảm. Để sosánh sức chịu kéo của sợi có độ nhỏ T(tex) khác nhau, ta sử dụng thông số độ bền kéođứt tương đối Ptđ (cN/tex).

- Hệ số biến sai (hệ số phân tán) của độ bền kéo đứt CV (%). Thông số này càngnhỏ, giá trị độ bền kéo đứt của sợi trong q trình kiểm tra cơng nghệ càng đồng đều.

- Độ giãn đứt (tuyệt đối εđ và tương đối εtđ) chính là giới hạn cuối cùng mà sợi cóthể chịu được trước khi đứt. Nó được dùng làm chuẩn để thiết kế các thông số kỹ thuật

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

khi tác dụng lực kéo vào sợi, đồng thời cũng được dùng để so sánh khả năng biến dạnglớn nhất của các loại sợi khác nhau.

- Chiều dài đứt là chiều dài sợi có trọng lượng (khối lượng bản thân dưới tácdụng của trọng trường) đúng bằng lực kéo đứt, tính bằng km.

- Công đứt là công thực hiện bởi lực kéo khi kéo giãn mẫu đến khi đứt, thể hiệnnăng lượng chi phí để phá hỏng mẫu, tính bằng cN.cm (G.cm).

Độ bền kéo đứt, độ giãn đứt của sợi được xác định đồng thời trên các máy kéo đứt.Bản chất của phương pháp xác định là mẫu thử (sợi) được kẹp vào hai miệng kẹpcủa máy kéo đứt với chiều dài và lực căng ban đầu qui định theo độ nhỏ của sợi.Khoảng cách giữa hai miệng kẹp tăng lên để kéo mẫu đến khi đứt và thời gian kéomẫu khoảng 20 ± 3 giây (TCVN 5786:1994) [17]. Đã có nhiều kiểu máy thử kéođược chế tạo, theo cấu trúc có thể phân chúng thành ba nhóm: Nhóm máy có tốc độdi chuyển của kẹp dưới khơng đổi, nhóm máy có tốc độ tăng lực khơng đổi vànhóm máy có tốc độ kéo giãn khơng đổi. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quảthử độ bền kéo. Ngoài yếu tố vật liệu, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ kéogiãn, chiều dài mẫu thử, số xơ hay sợi trong mẫu đứt cùng một lúc đều có ảnhhưởng đến kết quả thử độ bền kéo. Sức căng ban đầu của mẫu khi mắc mẫu vào haikẹp của máy kéo đứt cũng ảnh hưởng đến kết quả thử nên đã được qui định trongcác tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia.

Các đặc trưng xoắn

Mức độ xoắn của sợi được đánh giá bởi các đặc trưng: Độ xoắn (độ săn), hệ sốxoắn (hệ số săn), góc xoắn và hướng xoắn [18].

- Độ xoắn K là số vòng xoắn trung bình của sợi trên đơn vị dài 1m. Độ xoắn Kđược sử dụng để so sánh mức độ xoắn của sợi có cùng độ nhỏ.

- Hệ số xoắn thể hiện mức độ xoắn của sợi, dùng để so sánh mức độ xoắn của sợicó độ nhỏ khác nhau và được dùng nhiều khi thiết kế mặt hàng sợi. Hệ số xoắn đượctính theo cơng thức:

hay

K T

 

(1.4)Trong đó:

α) và đợ bền PN, α) và đợ bền PT: Các hệ số xoắn tính theo chi số N và chuẩn số TK: Độ xoắn thực tế của sợi (vòng xoắn/m)

N: Chi số sợi (m/g)

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

T: Chuẩn số của sợi (tex)

- Góc xoắn β là góc nghiêng hợp bởi xơ hay sợi nằm ngoài với trục dọc của sợiđược xác định theo công thức :

(1.5)Ở đây, δ là khối lượng đơn vị thể tích của sợi (g/cm3)

Góc xoắn thể hiện một cách tổng hợp mức độ xoắn của sợi, góc xoắn càng lớn thìsợi xoắn càng mạnh. Thơng số góc xoắn được sử dụng để so sánh mức độ xoắn của sợicó đường kính khác nhau.

- Hướng xoắn: Sợi có thể có hướng xoắn phải (Z) hoặc hướng xoắn trái (S).Vải dệt thoi dệt từ sợi dọc, sợi ngang có cùng hướng xoắn sẽ hiện rõ kiểu dệt.Bởi vì, sự tương phản của hình hoa chỉ đạt được nhờ cách bố trí các vịng xoắnngược hướng. Vải dệt kim dệt từ sợi khác hướng xoắn sẽ làm cho vải cân bằng cấutrúc các vòng sợi.

Độ xoắn và độ co của sợi được xác định bằng các phương pháp tở xoắn, xoắnkép và cân bằng xoắn. Phương pháp tở xoắn áp dụng rất thuận tiện cho sợi xe và cảcho sợi con kéo từ xơ tương đối dài. Phương pháp xoắn kép áp dụng cho sợi con kéotừ xơ bông, từ các loại xơ thiên nhiên dạng ngắn và xơ staple. Phương pháp cân bằngxoắn áp dụng cho sợi khí động (sợi OE) sẽ cho kết quả chính xác hơn.

Độ xoắn có ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của sợi trong đó có độ bềnkéo. Độ xoắn tăng làm cho độ bền kéo của sợi tăng nhưng sau khi đạt giá trị cực đại,độ bền kéo lại bắt đầu giảm cho đến khi đứt. Độ xoắn ứng với độ bền kéo cao nhất củasợi gọi là độ xoắn (độ săn) tới hạn Kth (hình 1.3). Có hiện tượng này là do khi xơ xoắnlại với nhau ở mức càng tăng (nghĩa là độ xoắn tăng) thì lực ma sát giữa chúng cũngtăng làm cho sức chịu kéo của sợi tăng lên. Nhưng khi đến giá trị vượt quá độ bền củaxơ thì sợi đứt là do xơ đứt chứ không phải do xơ bị trượt lên nhau, bởi vì lực ma sátlúc bấy giờ khá lớn. Đối với sợi không đều về bề ngang, những chỗ mảnh bị xoắnnhiều hơn những chỗ thô nên sẽ bị đứt trước.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 1.3. Mối liên quan giữa độ xoắn K(α) và độ bền Pα) và độ bền P) và độ bền Pđ

Hệ số xoắn tới hạn α) và độ bền Pth được tính theo cơng thức (1.6) [19, 20]:50

(1.6) Trong đó:

SL50: Độ dài xơ staple tại điểm 50% đo trên fibrograph (mm)f: Độ nhỏ của sợi theo Micronaire

Thông thường, khi thiết kế sợi, nên chọn K < Kth, đôi khi độ bền quá cao làkhông cần thiết, gây nên hiện tượng xoắn kiến làm cho sợi, vải cứng. Ngoài các đặctrưng xoắn đã nêu, trong trường hợp sợi có độ xoắn thấp cịn dùng đại lượng mô menxoắn để đánh giá mức độ xoắn của sợi [15]:

k: Số vòng xoắn trên 1cm (vòng xoắn/cm)

Quan hệ giữa mô men xoắn Mx và độ xoắn K được thể hiện trên hình 1.4.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 1.4. Quan hệ giữa độ xoắn K và mômen xoắn Mx [15]1. Sợi bông 36 tex; 2. Sợi lanh 100 tex; 3. Sợi len chải kỹ 110 tex;

4. Tơ viscose phức 22 tex; 5. Tơ polyamid phức 29 tex; 6. Tơ perclorvinyl phức 22 tex

Từ các đường cong này ta nhận thấy sợi càng thơ và đàn hồi cao thì mô menxoắn càng lớn.

1.1.2.3. Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai

Độ xù lơng

Những đầu xơ, những vịng xơ rất nhỏ nhơ ra ngồi bề mặt sợi làm cho sợi bị xùlông. Trong thực tế, nhất là khi kéo sợi từ xơ ngắn (như xơ bông…) không thể tránhkhỏi hiện tượng sợi có độ xù lơng. Sản phẩm chỉ khâu, vải cần thể hiện rõ kiểu dệt,yêu cầu độ xù lơng rất ít. Vì vậy, trong cơng nghệ sản xuất phải có cơng đoạn đốt lơng.Ngược lại, vải cào lơng hay ép thành dạ cần sợi có độ xù lơng cao để hình thành tốtlớp tuyết trên bề mặt vải… Tùy theo cơng dụng của sợi, vai trị của độ xù lơng sẽ thayđổi. Có nhiều cách thể hiện độ xù lơng: Đó là số đầu xơ nhơ ra trên đơn vị chiều dài sợi(thường lấy 1m), độ dài trung bình của đầu xơ, tổng chiều dài đầu xơ, tổng diện tích đầuxơ trong đó, thể hiện độ xù lông bằng số đầu xơ đã được áp dụng nhiều hơn cả.

Hình 1.5. Sợi xù lơng

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Hiện nay, trong kỹ thuật kéo sợi, độ xù lông H (Hairiness) của mẫu thử dài 1000 mđược hiểu là giá trị trung bình cộng của các chiều dài đầu xơ nhơ ra khỏi phần liên kếtchính trên thân sợi có chiều dài 1cm (hình 1.5), được tính theo cơng thức (1.8) [10, 21]:

(1.8)Trong đó:

Hi: Độ xù lơng của sợi ở centimet thứ i

n: Số centimet trong một mẫu thử dài 1000 m

Hệ số biến sai độ xù lông CVH (%) của sợi phản ánh sự biến động độ xù lơng củasợi (hình 1.6) trong đó, SH là độ lệch chuẩn của phân bố:

Hình 1.6. Độ xù lơng của sợi thay đổi theo chiều dài sợi [10]

Độ xù lông của sợi dao động rất lớn, đặc biệt trong những trường hợp dao độngcó tính chu kỳ cần phải tìm nguyên nhân để loại trừ. Biểu đồ quang phổ (trục hồnh làloga của chiều dài bước sóng, trục tung là biên độ trung bình của các bước sóng đó)của sợi khi đo độ xù lông sẽ chỉ ra điều ấy (hình 1.7).

Hình 1.7. Biểu đồ quang phổ của độ xù lơng [10]

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Đã có nhiều phương pháp đo độ xù lông: Phương pháp khối lượng, phương pháptĩnh điện, phương pháp quang học, phương pháp quang điện. Các máy Uster Tester đođộ xù lông theo nguyên lý quang điện đang được sử dụng phổ biến trong các doanhnghiệp, cơ sở đào tạo và nghiên cứu.

Khuyết tật sợi

Các khuyết tật trên bề mặt sợi sẽ làm xấu bề mặt sản phẩm từ sợi, làm ảnh hưởngtới tính đồng nhất của tính chất, ảnh hưởng xấu đến quá trình cơng nghệ sau quấn ốngdo đứt sợi tăng. Vì vậy, cần phải kiểm tra khuyết tật sợi về số lượng, kích thước, vềdạng và sự phân bố của chúng trên chiều dài sợi để xác định nguyên nhân, có biệnpháp loại trừ và định hướng sử dụng. Có hai dạng khuyết tật sợi:

Khuyết tật nguyên liệu: Đó là các vị trí sợi có vón xơ, vỏ hạt, dính xơ, vẩy, xơ lạ,xơ rối, xơ hóa học khơng thể kéo dài được…

Khuyết tật công nghệ: gồm những đoạn quá thô vượt quá hai lần thiết diện ngangcủa sợi, những đoạn quá mảnh khoảng vài milimet hoặc vài centimet, sợi xoắn kiến,xoắn rất ít, gút nối to, mấu xơ, vón kết…

Trong số các khuyết tật đã nêu thì đoạn mỏng (Thin place) có đường kính nhỏ hơnđường kính trung bình của sợi ở các mức: -30%; -40%; -50%; -60%, đoạn dày (Thickplace) có đường kính lớn hơn đường kính trung bình ở các mức: +35%: +50%; +70%;+100% và kết tạp (Neps) có đường kính +200%; +280% là các khuyết tật do kéo sợi đểlại đang được quan tâm và cần phải loại trừ ở cơng đoạn quấn ống (hình 1.8).

Hình 1.8. Lỗi khuyết tật sợi [15]

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Tại vị trí sợi có khuyết tật vượt q giới hạn đã thiết lập sợi sẽ bị cắt đứt bởi bộ phận làm sạch (cắt, lọc) sợi của máy quấn ống và được nối lại bằng các gút nối đúng kiểu có đủ độ bền và kích thước nhỏ. Việc xử lý đứt sợi trên máy quấn ống chỉ mất vài giây và chỉ phải dừng quấn sợi ở một đơn vị quấn, các đơn vị quấn khác của máy vẫn hoạt động bình thường, cịn nếu để xảy ra đứt sợi ở các công đoạn sau quấn ống, để xử lý đứt sợi phải dừng tồn bộ máy cơng tác, mất nhiều thời gian để xử lý, năng suất của các máy này sẽ giảm xuống. Khuyết tật sợi được xác định theo TCVN 5442:1991 [22]. Các máy đo độkhông đều đã nêu cũng đang được sử dụng để đo khuyết tật sợi.

Xơ ngoại lai là hiện tượng sợi có lẫn kim loại, xơ khác và các phần tử ngoại lai.

Hiện tượng này làm tăng độ đứt sợi không chỉ ở cơng đoạn quấn ống mà cịn cả ở cáccơng đoạn gia công sợi tiếp, tạo nên các lỗ và vệt màu trên vải làm chất lượng ngoạiquan của vải giảm xuống. Nguyên nhân do không nhặt xơ ngoại lai hoặc khơng có cácthiết bị loại trừ các thành phần ngoại lai trước khi pha trộn nguyên liệu. Để phát hiệncác thành phần ngoại lai có thể dùng máy Uster Tester 5, Uster Tester 6 (Thụy Sĩ) cóđầu dị FM. Kết quả đo xơ lạ đậm (FD) và xơ lạ nhạt màu (FL) đạt độ tin cậy cao.

Ngoài các đặc trưng chất lượng của sợi đã nêu, đôi khi theo yêu cầu của người sửdụng, sợi sau quấn ống còn cần kiểm tra chất lượng mối nối. Mối nối to quá mức docác đầu sợi nhơ ra ngồi mối nối q dài vượt quá qui định sẽ tăng số lần đứt sợi vàphế phẩm ở các công đoạn sau quấn ống.

1.1.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng sợi

Phương pháp so với tiêu chuẩn

Để đánh giá các đặc trưng chất lượng sợi sau quấn ống, phương pháp đơn giảnnhất được sử dụng là so với tiêu chuẩn. Ví dụ, để đánh giá chất lượng sợi bông đơnmộc chải thường, sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4539:1988 [23, 24, 25].

Phương pháp sử dụng Uster Statistics

Ngoài cách so sánh với tiêu chuẩn đề ra, hiện nay ở Việt Nam và trên thế giớingày càng phổ biến cách đánh giá bằng việc sử dụng các bảng (biểu đồ) thống kê UsterStatistics do Zellweger Uster Group xuất bản. Uster Statistics tập hợp kết quả thínghiệm về chất lượng sợi (cả cúi, sợi thơ, sợi con và sợi sau quấn ống, cứ 3 ÷ 5 nămthay đổi một lần) sản xuất từ xơ 100% bông và bơng pha xơ hóa học từ số lớn dâychuyền kéo sợi trên toàn thế giới và lập ra các biểu đồ gồm các đường 5%, 25%, 50%,75%, 95%. Ứng với mỗi đường là tỷ lệ phần trăm các dây chuyền kéo sợi trên thế giới,

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

là chất lượng sợi càng cao. Vì vậy, khi đánh giá chất lượng sợi theo Uster Statistics cóthể biết sản phẩm sợi đang sản xuất thuộc cấp chất lượng nào so với thế giới, lấy mứcchất lượng đó làm mục tiêu cần đạt tới. Uster Statistics 2018 [26], 2023 [27] đangđược sử dụng phổ biến. Trong thực tế, mức chất lượng sợi (CLS) sau quấn ống cònđược quy định bởi các bên mua bán sợi. Bởi lẽ, CLS sau quấn ống không chỉ ảnhhưởng đến chất lượng bán thành phẩm, năng suất lao động ở các công đoạn sau quấnống mà còn liên quan đến cả giá thành sợi trên thị trường.

1.1.3. Các đặc trưng chất lượng quấn búp sợi và ý nghĩa

1.1.3.1. Khối lượng, đường kính quấn và chiều dài sợi trên búp sợi

Hình 1.9. Sức căng sợi khi tháo từ búp sợi thay đổi theo bán kính và chiều cao búp sợi [28]

Khối lượng búp sợi ảnh hưởng đến năng suất của các máy sau quấn ống. Ởcác nước cơng nghiệp phát triển, kích thước và khối lượng búp sợi đã được sản xuấttheo tiêu chuẩn quốc gia. Ví dụ: Tiêu chuẩn quốc gia của Cộng hòa Séc (CSN013020) quy định búp sợi bơng, hình cơn có chiều cao L = 125 mm, 150 mm,đường kính D = 250 ÷ 300 mm, góc cơn α) và đợ bền P = 4020', 5040', khối lượng tối đa 2,5 ÷ 4 kg.Trong thực tế, các thơng số này cịn được qui định bởi các bên mua, bán búp sợi.

Nghiên cứu sức căng khi tháo sợi từ búp sợi côn [28] trên hình 1.9a cho thấy:Sức căng sợi F được tính theo công thức:

F = FR + FL

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Trong đó:

FR: Sức căng sợi thay đổi theo bán kính R của búp sợi [cN]FL: Sức căng sợi thay đổi theo chiều cao L của búp sợi [cN]

Sức căng sợi trung bình FS thay đổi theo vận tốc tháo sợi (hình 1.9b).

Khi tháo sợi đến bán kính dưới 50 mm (R < 50 mm), sức căng sợi tăng lên nhanh dễgây đứt sợi. Để hạn chế dao động của sức căng sợi F nên giảm thành phần sức căng FL

bằng cách quấn búp sợi có L nhỏ (L = 125 mm hoặc 85 mm), nên sử dụng lõi búp sợi cóbán kính trung bình khơng nhỏ hơn 50 mm. Nghiên cứu này chưa đề cập đến ảnh hưởngđộ nhỏ của sợi và khoảng cách từ khuyết dẫn sợi đến đầu nhỏ búp sợi đến sức căng sợi.

Ozge Celik và Reep Eren [29] nghiên cứu sức căng tháo sợi từ búp sợi trụ với vậntốc tháo sợi và độ nhỏ của sợi khác nhau cũng nhận được kết quả tương tự như [28].

Chiều dài sợi quấn trên búp sợi phải đồng đều. Thông số này qui định để giảm phếphẩm sợi ở một số công đoạn sau quấn ống là mắc sợi, chập sợi (đậu sợi) hoặc các búpsợi ngang cho máy dệt nhiều miệng vải phẳng KONTIS. Ở đó, sợi phải tháo ra đồng thờitừ nhiều búp sợi. Trong trường hợp các búp sợi có chiều dài sợi khơng đồng đều, sợi cịnđọng lại trên búp sợi sẽ khơng giống nhau nhưng vẫn phải thay cả loạt búp sợi do đã cóbúp sợi được tháo hết sợi, phế phẩm sợi tăng. Do ảnh hưởng của mật độ quấn (độ cứng)búp sợi, sự chênh lệch về chiều dài sợi trên búp sợi có thể đến 12% khi quấn búp sợi trêncác máy ống cơ khí. Các máy ống tự động thế hệ mới có thiết bị đo chiều dài sợi, bảo

đảm quấn được các búp có chiều dài sợi chỉ chênh lệch tối đa 1,5%.

1.1.3.2. Mật độ quấn búp sợi

Hiện nay, trong công nghệ sợi đang sử dụng các thông số mật độ quấn (yarnpackage density) hay còn gọi là độ xốp, khối lượng thể tích của búp sợi hoặc độ cứng(yarn package hardness) để đánh giá mức độ quấn chặt của búp sợi. Giá trị của cácthông số này càng cao nghĩa là búp sợi quấn càng chặt. Mật độ quấn thường dùngnhiều hơn trong trường hợp búp sợi quấn chéo ngẫu nhiên, còn độ cứng thường dùngtrong trường hợp búp sợi quấn chéo chính xác do búp sợi có độ cứng lớn.

Mật độ quấn Y (g/cm3) được đo bằng khối lượng sợi G có trong thể tích búp sợiV (Y = G/V). Nếu mật độ quấn quá nhỏ, búp sợi sẽ mềm và biến dạng khi vận chuyển,lưu trữ, khó tìm đầu sợi khi đứt để nối sợi do đầu sợi dính vào bề mặt búp sợi, hiệusuất quấn ống sẽ giảm, còn nếu mật độ quấn quá lớn, độ đứt sợi tăng do sức căng sợilớn, sợi sẽ có nhiều mối nối, hiệu suất quấn ống cũng sẽ giảm. Mật độ quấn q lớncịn gây khó khăn cho nhuộm búp sợi do thuốc nhuộm rất khó ngấm vào các lớp sợi,các lớp sợi sẽ không đồng đều về màu sắc. Do nhiệm vụ và yêu cầu công nghệ của cáccông đoạn sau quấn ống khác nhau nên thông số mật độ quấn búp sợi cho mỗi côngđoạn cũng khác nhau. Trong trường hợp sau quấn ống là mắc sợi, búp sợi ngang chodệt không thoi, mật độ quấn bằng 0,4 ÷ 0,6 g/cm3, cịn sau quấn ống là công đoạn

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

nhuộm búp sợi thông thường, mật độ quấn bằng 0,28 ÷ 0,33 g/cm3 là thích hợp [30].Với kỹ thuật nén búp sợi, kỹ thuật kiểm sốt dịng chảy có thể nhuộm búp sợi có mậtđộ quấn đến 0,49 g/cm3 [31]. Ở các góc búp sợi, mật độ quấn lớn, để khắc phục hiệntượng không đồng đều dòng dung dịch nhuộm, trước khi nhuộm các búp sợi cần đượcnắn góc (vỗ góc). Đối với cơng đoạn nhuộm búp sợi, thông số mật độ quấn là rất quantrọng bởi lẽ, nó là cơ sở (cùng với một số thơng số khác) để tính tốn độ chênh lệch ápsuất của dòng chảy qua búp sợi bảo đảm búp sợi được nhuộm đồng đều về mầu sắc.Trong thực tế, để đạt được mật độ quấn búp sợi theo yêu cầu của cơng đoạn nhuộm đơikhi cần có cơng đoạn đánh ống xốp. Độ cứng được đo bởi các thiết bị có đầu đo là cáchịn bi nhỏ bằng thép và được thể hiện ở giá trị độ Shore. Thiết bị đo độ cứng HP-5hãng Hans Schmidl & Co GmbH (Đức) đang được sử dụng phổ biến để đo độ cứngbúp sợi. Mật độ quấn và độ cứng có mối quan hệ tuyến tính.

1.1.3.3. Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác

Hiện tượng xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác thường gặp trong quátrình quấn ống (gọi chung là tật lỗi khi quấn búp sợi) sẽ không thuận tiện và đơi khiảnh hưởng lớn đến q trình gia công sợi từ búp sợi ở các công đoạn sau quấn ống.Để đánh giá các tật lỗi này, thường sử dụng phương pháp so sánh búp sợi có tật lỗi vớibúp sợi chuẩn (búp sợi khơng có tật lỗi). Xếp trùng là tật lỗi nghiêm trọng nhất khi quấnbúp sợi. Bản chất của hiện tượng này là vòng sợi lớp sau đặt vào (hoặc sát cạnh) vị trícủa vịng sợi lớp trước theo một qui luật, hình thành các băng (dải) sợi chồng lên nhautrên chu vi búp sợi, phương trình tổng quát của hiện tượng này khi búp sợi quấn chéongẫu nhiên được xác định theo công thức (1.10) [30]:

D ZO

(1.10)Trong đó:

OC: Chu vi búp sợi quấn chéo có xếp trùng (mm)

DC: Đường kính búp sợi quấn chéo tại đó có xếp trùng (mm)DR: Đường kính ống khía (mm)

Z: Số vịng quay của ống khía trong khoảng thời gian sợi di chuyển từ đầu phảivề đầu trái búp sợi hoặc ngược lại

X: Bậc xếp trùng

Khi X = 1 nghĩa là, vòng sợi thứ nhất của lớp sợi tiếp theo sẽ đặt vào vị trí vịngsợi lớp trước quấn trên búp sợi. Khi X = 2 nghĩa là, vòng sợi thứ hai của lớp sợi tiếptheo sẽ đặt vào vị trí vịng sợi lớp trước. Xếp trùng tạo thành các hình quả trám trên bềmặt búp sợi. Thuật ngữ “quả trám” được hiểu là dạng băng sợi có trên bề mặt búp sợi.Đường kính DC cũng có thể xác định theo công thức:

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

P2: Số quả trám theo hướng chu vi búp sợiP1: Số quả trám theo hướng chiều cao búp sợi

Tại các vị trí sợi xếp trùng trên búp sợi, khi tháo sợi ở các công đoạn sau quấnống sợi sẽ bị đứt, công nhân mất nhiều thời gian để xử lý do phải dùng tay vứt bỏ cácvòng sợi đã xếp trùng làm năng suất máy công tác giảm xuống. Khi nhuộm búp sợi, tạicác vị trí có xếp trùng, mật độ quấn sợi rất cao nên thuốc nhuộm rất khó ngấm vào sợi,sợi nhuộm sẽ không đồng đều về màu sắc (lệch màu).

Đã có nhiều biện pháp chống xếp trùng, thơng dụng nhất vẫn là các biện pháp:Ngắt nối truyền động đến ống khía theo một chu kỳ nhờ khớp ma sát (truyền động masát) hoặc ngắt, nối dòng điện vào động cơ điện truyền động cho trục ống khía, nâng, hạbúp sợi hay nghiêng búp sợi theo chu kỳ... Các biện pháp trên đang được áp dụng trêncác máy quấn ống cơ khí và cả máy ống tự động. Bản chất của các biện pháp đã nêu làtriệt tiêu sự đồng bộ giữa chuyển động của ống khía và búp sợi. Búp sợi cịn có thể cónhiều dạng tật lỗi ngoại quan khác: sợi chằng đầu, chằng đuôi, côn sợi xốp, mềm, cơnsợi có dạng hình chng, hình chỏm, bị méo, biến dạng, cơn sợi có ngấn (hình nhẫn),độ dài sợi quấn không đủ và không đồng đều và nhiều tật lỗi ngoại quan khác nữa.Nguyên nhân và các biện pháp khắc phục các tật lỗi đã nêu được tổng kết thực tiễn vàghi trong các tài liệu “Hướng dẫn sử dụng máy quấn ống” của nhà cung cấp máy.

Chất lượng sản phẩm sợi (α) và độ bền PCLSP) sợi quấn ống được đánh giá bởi các chỉ tiêuchất lượng sợi và chất lượng quấn búp sợi. Mức độ các chỉ tiêu CLSP sợi quấn ống tùythuộc vào yêu cầu của công nghệ sau quấn ống. Trong thực tế, chỉ tiêu (α) và độ bền Pvà mức các chỉtiêu) CLSP sợi quấn ống được qui định bởi người sản xuất và người sử dụng sản phẩmsợi quấn ống. Chẳng hạn, đối với sợi cho dệt thoi, chất lượng sợi được đánh giá bởi cácchỉ tiêu: độ không đều khối lượng U%, CV%, độ không đều chi số, độ bền kéo, độ giãn,khuyết tật IPI/km và độ xù lông của sợi. Để dệt được vải chất lượng tốt, tất cả các chỉtiêu chất lượng đã nêu phải tốt hơn đường 50% trên biểu đồ thống kê Uster. Cần quấnđược búp sợi có mật độ quấn theo yêu cầu. Nếu sau quấn ống là các công đoạn mắc sợihoặc dệt không thoi, cần búp sợi có mật độ quấn cao (α) và đợ bền P0,4 ÷ 0,6g/cm3) để sợi dễ dàngtháo ra khỏi búp sợi, cịn sau quấn ống là cơng đoạn nhuộm cần búp sợi có mật độ

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

quấn thấp (α) và đợ bền P0,28 ÷ 0,33g/cm3) để thuốc nhuộm dễ dàng thấm vào các lớp sợi. Mật độquấn quá nhỏ hoặc quá lớn đều không phù hợp. Để có cơ sở đề ra các biện pháp nângcao CLSP sợi quấn ống cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến CLSP sợi.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi sau quấn ống

1.2.1.1. Ảnh hưởng của quá trình quấn ống

Đã nhiều năm, nguyên lý quấn búp sợi quấn chéo [32 ÷ 36] về cơ bản khơng cónhiều thay đổi. Để quấn được búp sợi, sợi phải quay quanh ống sợi con cố định để tháosợi, sau đó sợi phải trượt qua các chi tiết từ 2 đến 9 rồi quấn lên búp sợi 10. Búp sợi 10quay được là do ma sát với ống khía 9. Ống khía ngồi nhiệm vụ truyền động cho búpsợi cịn có nhiệm vụ rải sợi (điều sợi) theo chiều cao búp sợi (hình 1.10) [36]

Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng, trong quá trình quấn ống, sợi bị kéocăng, ma sát với các chi tiết máy, tham gia các chuyển động quay và chuyển động tịnhtiến lui tới nên các tính chất cơ lý trong đó, có các thơng số chất lượng sợi sau quấnống đã có sự thay đổi so với trước quấn ống [37].

1. Ống sợi con2. Ống giảm balông3. Khuyết dẫn sợi4. Làm sạch sợi sơ bộ5. Tiếp xúc răng lược6. Bộ điều tiết sức căng7. Đầu nối sợi

8. Làm sạch sợi chính9. Ống khía

10. Búp sợi

11. Giá đỡ búp sợi

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Hình 1.10. Nguyên lý quấn búp sợi máy ống tự động Autoconer[36]

Trong tài liệu của tác giả Trần Nhật Chương [38], khi quấn các ống sợi bơng 100%có chi số sợi: Nm 24, Nm 40, Nm 54, Nm 93, Nm 134 với vận tốc quấn ống 1000m/phút đã cho thấy, mức độ thay đổi của các thông số chất lượng sợi phụ thuộc vào chisố sợi. Kết quả nghiên cứu với sợi Nm 40 cho thấy, sau khi quấn ống: Chi số sợi, độ bềnkéo, độ giãn, chiều dài đứt, độ không đều chi số đều tăng lần lượt là 0,5%; 0,7%; 1,5%;0,7%; 0,23%, độ không đều độ bền giảm 6,1%. Nghiên cứu này chưa đề cập đến ảnhhưởng của các thông số công nghệ quấn ống như vận tốc quấn ống, tải trọng (lực ép)của bộ điều tiết sức căng sợi, chiều cao balông... đến chất lượng sợi sau quấn ống.

Tác giả Zhigang Xia và cộng sự [39] đã đo các thông số chất lượng của sợi trướcvà sau quấn ống bao gồm độ xù lông H, độ nhỏ của sợi Tt (tex), độ không đều CV%,khuyết tật IPI (Thin, Thick, Neps), độ bền, độ giãn của sợi. Nghiên cứu được thực hiệnvới sợi bông 100%, sợi nồi cọc, chải thô, độ nhỏ 24,6 tex, vận tốc quấn ống 840m/phút, tải trọng trên đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng bằng 45 cN. Theo nghiên cứunày, các thông số chất lượng của sợi sau quấn ống đã có sự thay đổi so với trước quấnống, đáng chú ý là độ xù lông tăng lên mạnh, sợi bị mất một phần khối lượng nên độnhỏ Tt (tex) giảm (chi số Nm tăng), độ bền, độ giãn có suy giảm, độ khơng đều đượccải thiện, các khuyết tật giảm. Các nghiên cứu [40, 41] cũng chỉ ra kết quả tương tự.Điểm hạn chế ở đây là ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng sợi sauquấn ống còn chưa được đề cập.

Theo R. Senthil Kumar [42], khi quấn ống từ ống sợi con, các thơng số đánh giáchất lượng sợi sau quấn ống có các mức tăng như: Độ không đều tăng: U = 3 ÷ 5%, điểmmảnh (-50%): 0 ÷ 0,5%, điểm dày (+50%): 15 ÷ 20%, kết tạp Neps (+200%): 5 ÷10%, độ xù lơng (Hairiness): 25 ÷ 30% là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, để đạt đượcmong muốn này, các thông số công nghệ quấn ống phải được lựa chọn hợp lý. Trongnghiên cứu này, các thông số cơng nghệ được xem là hợp lý cịn chưa được chỉ rõ.

1.2.1.2. Ảnh hưởng của thông số công nghệ quấn ống

Khi quấn ống, các thông số công nghệ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sứccăng sợi và ảnh hưởng gián tiếp đến chất lượng sợi sau quấn ống bao gồm: Vận tốc quấnống V, tải trọng (lực ép) N đặt vào đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng, khoảng cách H giữaống sợi con và khuyết dẫn sợi giảm ba lông cũng đã được nghiên cứu [43 ÷ 45].

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

G. T. Thu Hường [46, 47] đã nghiên cứu mối quan hệ toán học giữa sức căng sợitrung bình T và 3 thơng số công nghệ V, N, H khi quấn ống sợi bông 100%, Ne 34/1,phương trình có dạng sau:

T = - 48,679 + 0,038 V + 0,391N + 4,784H - 0,009 N.H - 0,157 H2

Theo nghiên cứu này, T = 25 cN, khi V = 800 m/min, N = 37 cN, H = 10 cm.Nghiên cứu này chưa đề cập đến nhiều loại sợi, nhiều chi số của một loại sợi và ảnhhưởng của sức căng đến chất lượng sợi sau quấn ống.

Khi quấn ống, thông số vận tốc quấn ống thường xuyên phải điều chỉnh khi độ nhỏvà chất lượng sợi cấp cho máy ống thay đổi vì nó khơng chỉ ảnh hưởng đến sức căng,chất lượng sợi sau quấn ống mà còn ảnh hưởng đến độ đứt sợi và năng suất máy ống.

Hình 1.11. Vận tốc quấn ống Vq ảnh hưởng đến độ đứt sợi P [48]

Kết quả nghiên cứu của Talavasec [48] quấn ống sợi bông 100%, độ nhỏ trungbình trên hình 1.11 cho thấy, vận tốc quấn ống càng cao, độ đứt sợi càng tăng do sứccăng sợi tăng. Khi quấn ống với vận tốc trên 1000 m/phút, độ đứt sợi tăng lên rấtnhanh, hiệu suất và năng suất máy ống sẽ giảm đáng kể.

Hình 1.12. Độ đứt sợi phụ thuộc vào vận tốc quấn ống [49]

V. Prasil [49] đã nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc quấn ống trung bình đếnđộ đứt sợi khi quấn ống sợi bơng 100% có độ nhỏ 15 tex, tải trọng của bộ điều tiếtsức căng bằng 0,2 N. Kết quả nghiên cứu trên hình 1.12 cho thấy, vận tốc quấn ống

</div>